第九章 第31讲 物质的聚集状态　常见晶体类型（原卷版）

第九章晶体结构与性质第31讲物质的聚集状态常见晶体类型【高考考向预测】物质聚集状态涵盖固液气及等离子体、液晶等形态，四类典型晶体分别依据微粒作用力、排布结构区分，结合熔沸点、硬度、导电性等性质鉴别类别；近三年属于结构模块常规考点，选择填空高频考查，难度适中；预测2027年侧重晶体类型判定、性质规律对比，结合微粒作用力分析物理性质差异，也会融合晶体结构参数简单计算综合命题。【双基自测●明考向】1.物质的聚集状态、晶体与非晶体正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)凡有规则外形的固体一定是晶体()(2)晶体有自范性但排列无序()(3)物质的聚集状态只有三种：气态、液态和固态()(4)晶体和非晶体最大的区别在于是否有固定的熔点()(5)在物质的三态相互转化过程中只是分子间距离发生了变化()(6)晶体和非晶体的本质区别是晶体中粒子在微观空间里呈现周期性的有序排列()(7)晶体X射线衍射实验可以用于键长、键角和晶体结构的测定()(8)等离子体和离子液体都具有良好的导电性()(9)液晶态是物质的一种聚集状态()(10)液晶态是介于液态和晶态之间的物质状态，既具有液体的流动性，又在某些物理性质方面具有类似晶体的各向异性()(11)缺角的NaCl晶体在饱和NaCl溶液中会慢慢变为完美的立方体块()2.常见晶体类型正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)SiO2是共价晶体，晶体中不含离子键成分()(2)由于石墨晶体导电，所以它是金属晶体()(3)石墨的导电只能沿石墨平面的方向进行()(4)Al2O3含有金属元素，属于离子晶体()(5)由原子构成的晶体一定是共价晶体()(6)在晶体中只要有阴离子就一定有阳离子()(7)分子晶体中都含有共价键()(8)干冰升华时，碳氧共价键被破坏()(9)共价晶体的熔点一定比金属晶体的高()(10)碳有三种同素异形体：金刚石、石墨和C60，其熔点由高到低的顺序为C60>金刚石>石墨()(11)分子晶体的熔点一定比金属晶体的低()(12)金属元素和非金属元素组成的晶体一定是离子晶体()(13)干冰升华和SiO2晶体熔化时，克服粒子间作用力的类型不相同()(14)冰中包含的作用力有范德华力、氢键和共价键()(15)三氯化铁常温下为固体，熔点307.6℃，沸点315℃，在300℃以上易升华，据此判断三氯化铁晶体是分子晶体()(16)B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，其熔点主要取决于所含化学键的键能()考点一物质的聚集状态晶体与非晶体1.物质的聚集状态物质的聚集状态除了固态、液态、气态，还有晶态、非晶态以及介乎晶态和非晶态之间的塑晶态、液晶态等。2.等离子体、液晶和离子液体类别构成或存在状态特性等离子体由电子、阳离子和电中性粒子组成的整体上呈电中性的物质聚集体具有良好的导电性和流动性液晶介于液态和晶态之间的物质状态具有液体的流动性、黏度、形变性等，又具有类似晶体的各向异性离子液体大多数含有体积很大的阴、阳离子难挥发，良好的导电性，可作溶剂和催化剂3.晶体与非晶体(1)晶体与非晶体的比较晶体非晶体结构特征原子在三维空间里呈周期性有序排列原子排列相对无序性质特征自范性有无熔点固定不固定异同表现各向异性各向同性区别方法间接方法看是否有固定熔点科学方法对固体进行X射线衍射实验(2)得到晶体的途径①熔融态物质凝固；②气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)；③溶质从溶液中析出。4.晶体结构的测定(1)测定晶体结构最常用的仪器是X射线衍射仪。在晶体的X射线衍射实验中，当单一波长X射线通过晶体时，X射线和晶体中的电子相互作用，会在记录仪上产生分立的斑点或明锐的衍射峰。(2)由衍射图形获得晶体结构的信息包括晶胞形状和大小、分子或原子在微观空间有序排列呈现的对称类型、原子在晶胞里的数目和位置等。考点二常见晶体类型1.四种常见晶体类型的比较类型比较分子晶体共价晶体金属晶体离子晶体构成微粒分子原子金属阳离子、自由电子阴、阳离子微粒间的相互作用力范德华力(某些含氢键)共价键金属键离子键硬度较小很大有的很大，有的很小较大熔、沸点较低很高有的很高，有的很低较高溶解性相似相溶难溶于一般溶剂一般不溶于水，少数与水反应大多易溶于水等极性溶剂导电、导热性一般不导电，部分溶于水时导电一般不具有导电性，个别为半导体电和热的良导体晶体不导电，水溶液或熔融态导电2.过渡晶体与混合型晶体(1)过渡晶体：纯粹的分子晶体、共价晶体、离子晶体和金属晶体四种典型晶体是不多的，大多数晶体是它们之间的过渡晶体。人们通常把偏向离子晶体的过渡晶体当作离子晶体来处理，把偏向共价晶体的过渡晶体当作共价晶体来处理。(2)混合型晶体石墨晶体中，既有共价键，又有类似金属键的作用力，还有范德华力，属于混合型晶体。【考点突破●明方向】1.2024年1月，我国自主研制的AG60E电动飞机成功首飞。AG60E采用了SiC电控系统，SiC晶体属于()A.分子晶体 B.金属晶体C.离子晶体 D.共价晶体2.现有几组物质的熔点(℃)数据：A组B组C组D组金刚石：3550Li：181HF：-83NaCl：801硅晶体：1410Na：98HCl：-115KCl：770硼晶体：2300K：64HBr：-89RbCl：715二氧化硅：1723Rb：39HI：-51CsCl：645(1)A组属于晶体，其熔化时克服的微粒间的作用力是。(2)B组晶体共同的物理性质是(填序号)。①有金属光泽②导电性③导热性④延展性(3)C组中HF熔点反常是由于。(4)D组晶体可能具有的性质是(填序号)。①硬度小②水溶液能导电③固体能导电④熔融状态能导电考点三常见的晶体结构模型1.典型的分子晶体——干冰和冰(1)干冰晶体中，每个CO2分子周围等距且紧邻的CO2分子有12个。(2)冰晶体中，每个水分子与相邻的4个水分子以氢键相连接，含1molH2O的冰中，最多可形成2mol氢键。2.典型的共价晶体——金刚石和二氧化硅金刚石和二氧化硅结构特点分析比较金刚石①碳原子采取sp3杂化，键角为109°28'②每个碳原子与周围紧邻的4个碳原子以共价键结合成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构③最小碳环由6个碳原子组成，每个碳原子被12个六元环共用④金刚石晶胞的每个顶角和面心均有1个C原子，晶胞内部有4个C原子，内部的C原子在晶胞体对角线的14处，每个金刚石晶胞中含有8二氧化硅①Si原子采取sp3杂化，正四面体内O—Si—O键角为109°28'②每个Si原子与4个O原子形成4个共价键，Si原子位于正四面体的中心，O原子位于正四面体的顶角，同时每个O原子被2个硅氧正四面体共用，晶体中Si原子与O原子个数比为1∶2③最小环上有12个原子，包括6个O原子和6个Si原子④1molSiO2晶体中含Si—O数目为4NA3.典型的离子晶体——NaCl、CsCl、CaF2(1)NaCl型：在晶体中，每个Na+同时吸引6个Cl-，每个Cl-同时吸引6个Na+，配位数为6。每个晶胞含4个Na+和4个Cl-。(2)CsCl型：在晶体中，每个Cl-吸引8个Cs+，每个Cs+吸引8个Cl-，配位数为8。(3)CaF2型：在晶体中，每个Ca2+吸引8个F-，每个F-吸引4个Ca2+，每个晶胞含4个Ca2+、8个F-。晶格能(1)定义1mol离子晶体完全气化为气态阴、阳离子所吸收的能量，单位：kJ·mol-1。(2)意义：晶格能越大，表示离子键越强，离子晶体越稳定，熔、沸点越高。(3)影响因素①离子所带电荷数：离子所带电荷数越多，晶格能越大。②离子的半径：离子的半径越小，晶格能越大。【考点突破●明方向】1.金刚石和石墨是碳元素形成的两种单质，下列说法正确的是()A.金刚石和石墨晶体中最小的环均含有6个碳原子B.金刚石中每个C原子连接4个六元环，石墨中每个C原子连接3个六元环C.金刚石与石墨中碳原子的杂化方式均为sp2D.金刚石中碳原子数与C—C数之比为1∶4，而石墨中碳原子数与C—C数之比为1∶32.有关晶体的结构如图所示，下列说法不正确的是()A.在NaCl晶体中，距Cl-最近的Na+形成正八面体B.在CaF2晶体中，每个晶胞平均含有4个Ca2+C.冰晶体中每个水分子与另外四个水分子形成四面体结构D.该气态团簇分子的分子式为EF3.(2025·北京东城模拟)干冰(固态二氧化碳)在-78℃时可直接升华为气体，其晶胞结构如图所示，下列说法不正确的是()A.CO2中的C为sp2杂化B.每个晶胞中含有4个CO2分子C.每个CO2分子周围有12个紧邻CO2分子D.干冰升华时需克服分子间作用力4.已知C3N4晶体很可能具有比金刚石更大的硬度，且原子间以单键结合。下列有关C3N4晶体的说法错误的是()A.C3N4晶体与金刚石都属于共价晶体B.C3N4晶体中C—N的键长比金刚石中的C—C的键长长C.C3N4晶体中每个碳原子连接4个氮原子，每个氮原子连接3个碳原子D.C3N4晶体中只含有C—N极性共价键，不含非极性共价键【真题再现●明考向】1.(2024·天津，4)我国学者在碳化硅(SiC)表面制备出超高迁移率半导体外延石墨烯。下列说法正确的是()A.SiC是离子化合物B.SiC晶体的熔点高、硬度大C.核素14C的质子数为8D.石墨烯属于烯烃2.(2025·河北，8)化学研究应当注重宏观与微观相结合。下列宏观现象与微观解释不符的是()选项宏观现象微观解释A氮气稳定存在于自然界中氮分子中存在氮氮三键，断开该共价键需要较多的能量B苯不能使溴的CCl4溶液褪色苯分子中碳原子形成了稳定的大π键C天然水晶呈现多面体外形原子在三维空间里呈周期性有序排列D氯化钠晶体熔点高于氯化铝晶体离子晶体中离子所带电荷数越少，离子半径越大，离子晶体熔点越低3.(2024·山东，9)由O、F、I组成化学式为IO2F的化合物，能体现其成键结构的片段如图所示。下列说法正确的是()A.图中代表F原子B.该化合物中存在过氧键C.该化合物中I原子存在孤电子对D.该化合物中所有碘氧键键长相等4.(2024·贵州，8)我国科学家首次合成了化合物[K(2，2，2⁃crypt)][K@Au12Sb20]。其阴离子[K@Au12Sb20]5-为全金属富勒烯(结构如图)，具有与富勒烯C60相似的高对称性。下列说法错误的是()A.富勒烯C60是分子晶体B.图示中的K+位于Au形成的二十面体笼内C.全金属富勒烯和富勒烯C60互为同素异形体D.锑(Sb)位于第五周期第ⅤA族，则其基态原子价层电子排布式是5s25p3【限时训练】（40分钟）(1~13题，每小题6分)1.(2022·湖北，7)C60在高温高压下可转变为具有一定导电性、高硬度的非晶态碳玻璃。下列关于该碳玻璃的说法错误的是()A.具有自范性B.与C60互为同素异形体C.含有sp3杂化的碳原子D.化学性质与金刚石有差异2.(2024·山东，4)下列物质均为共价晶体且成键结构相似，其中熔点最低的是()A.金刚石(C) B.单晶硅(Si)C.金刚砂(SiC) D.氮化硼(BN，立方相)3.下列有关物质聚集状态的说法不正确的是()A.金属铅晶体颗粒小至纳米级时熔点会下降B.离子液体是熔点不高的仅由离子组成的液体物质C.气态物质在高温或者在外加电场激发下，分子发生电离产生电子和阳离子，这种由电子和阳离子组成的物质聚集体为等离子体D.将晶体加热到熔点至澄清点之间的物质状态称为液晶，液晶可分为热致液晶和溶致液晶4.下列物质所属晶体类型均正确的一组是()选项ABCD共价晶体石墨生石灰碳化硅金刚石分子晶体冰固态氨氯化铯干冰离子晶体氮化铝食盐明矾小苏打金属晶体铜青铜铝铁5.下列有关晶体类型的判断正确的是()ASiI4：熔点120.5℃，沸点287.5℃共价晶体BB：熔点2300℃，沸点2550℃，硬度大金属晶体CSb：熔点630.74℃，沸点1750℃，晶体导电共价晶体DFeCl3：熔点307.6℃，易溶于水，也易溶于有机溶剂分子晶体6.下列有关晶体结构的叙述错误的是()A.金刚石的网状结构中，最小的环上有6个碳原子B.分子晶体熔化时，不破坏共价键；共价晶体熔化时，破坏共价键C.在金属铜的晶体中，由于存在自由电子，因此铜能导电D.在氯化铯晶体中，每个氯离子周围距离最近且相等的氯离子有8个7.观察下列模型并结合信息，判断有关说法错误的是()玛瑙FeSO4·7H2OS8分子HCN结构模型示意图A.玛瑙属于共价晶体，且两原子个数比为2∶1B.FeSO4·7H2O结构中键角1、2、3由大到小的顺序：3>1>2C.固态S8中S原子为sp2杂化D.HCN的结构式为H—C≡N8.(2025·北京海淀模拟)SiO2气凝胶材料疏松多孔，具有三维网状结构，可用于航天器、新能源汽车电池的隔热和阻燃。SiO2气凝胶的结构示意图如下。下列说法不正确的是()A.SiO2晶体属于共价晶体B.SiO2晶体具有较高的硬度和熔点C.SiO2气凝胶材料的密度大于SiO2晶体的D.两种物质中均有Si、O原子间的σ键9.下列物质的有关叙述正确的是()A.它们的物理性质相同B.它们充分燃烧后的产物相同C.石墨能导电，故属于金属晶体D.C60分子中仅含σ键10.铝的卤化物AlX3(X=Cl、Br、I)气态时以Al2X6双聚形态存在，下列说法错误的是()性质AlF3AlCl3AlBr3AlI3熔点/℃1040192.497.8189.4沸点/℃1272180265382A.AlF3晶体类型与其他三种不同B.1molAl2Cl6中所含配位键数目为4NAC.Al2X6中Al、X原子价电子层均满足8e-结构D.AlCl3熔点高于AlBr3的原因是Cl的电负性大于Br，具有一定离子晶体特征11.磷元素有白磷、红磷等单质，白磷(P4)结构及晶胞如图所示，白磷和红磷转化的热化学方程式为xP4(s，白磷)=4Px(s，红磷)ΔH<0。下列说法正确的是()A.P4属于共价晶体B.白磷中的P—P—P夹角为109°28'C.白磷晶胞中，P—P的作用弱于P4的分子间作用力D.白磷(s)和红磷(s)在O2(g)中充分燃烧生成等量P2O5(s)，白磷放出的热量更多12.观察下列模型，判断下列说法错误的是()金刚石碳化硅二氧化硅石墨烯C60A.原子数相同的金刚石和碳化硅，共价键个数之比为1∶2B.SiO2晶体中Si和Si—O个数比为1∶4C.石墨烯中碳原子和六元环个数比为2∶1D.C60晶体堆积属于分子密堆积13.(2026·长春模拟)石墨可作锂离子电池的负极材料。充电时，Li+嵌入石墨层间，当嵌入最大量Li+时，晶体部分结构的俯视示意图如图所示。下列说法错误的是()A.石墨属于混合型晶体B.1mol石墨中含有1.5mol共价键C.石墨晶体中，层间存在化学键和范德华力D.如图中，C与Li+的个数比是6∶114.(14分)下表给出了三组物质的相关性质数据：A组(熔点/℃)B组(沸点/℃)C组(晶格能/kJ·mol-1)金刚石：3550CH3OH：T2NaCl：a石墨：3850CH3CH2CH2CH2OH：117.6NaBr：b碳化硅：T1CH3CH2OCH2CH3：34.5MgO：c回答下列问题：(1)A组中的碳化硅属于晶体，碳化硅的熔点T1(填“大于”“小于”或“等于”)3550，石墨熔点高于金刚石的原因是。(2)判断B组中甲醇沸点T2的范围(填字母)。a.>117.6b.34.5~117.6c.<34.5(3)CH3CH2CH2CH2OH的沸点远大于CH3CH2OCH2CH3，原因是。(4)C组物质晶体中微粒之间的作用力名称是。15.(8分)(1)[2020·全国卷Ⅱ，35(2)]Ti的四卤化合物熔点如下表所示，TiF4熔点高于其他三种卤化物，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，原因是。化合物TiF4TiCl4TiBr4TiI4熔点/℃377-24.1238.3155(2)[2020·山东，17(1)(2)节选]CdSnAs2是一种高迁移率的新型热电材料，回答下列问题：①Sn为ⅣA族元素，单质Sn与干燥Cl2反应生成SnCl4。常温常压下SnCl4为无色液体，SnCl4空间构型为，其固体的晶体类型为。②NH3、PH3、AsH3的沸点由高到低的顺序为(填化学式)。答题规范4晶体熔、沸点比较及归因分析1.不同类型晶体熔、沸点比较答题模板：×××为×××晶体，而×××为×××晶体。例1(1)金刚石的熔点比NaCl高，原因是金刚石是共价晶体，而NaCl是离子晶体。(2)SiO2的熔点比CO2高，原因是SiO2是共价晶体，而CO2是分子晶体。2.同类型晶体熔、沸点比较(1)分子晶体答题模板：①同为分子晶体，×××存在氢键，而×××仅存在较弱的范德华力。②同为分子晶体，×××的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高。③同为分子晶体，两者的相对分子质量相同(或相近)，×××的极性大，熔、沸点高。④同为分子晶体，×××形成分子间氢键，而×××形成的则是分子内氢键，分子间氢键会使熔、沸点升高。例2(1)NH3的沸点比PH3高，原因是同为分子晶体，NH3分子间存在较强的氢键，而PH3分子间仅存在较弱的范德华力。(2)CO2比CS2的熔、沸点低，原因是同为分子晶体，CS2的相对分子质量大，范德华力强，熔、沸点高。(3)CO比N2的熔、沸点高，原因是同为分子晶体，两者相对分子质量相同，CO的极性大，熔、沸点高。(4)的沸点比高，原因是同为分子晶体，形成分子内氢键，而形成分子间氢键，分子间氢键会使沸点升高。(2)共价晶体答题模板：同为共价晶体，×××晶体的键长短，键能大，熔、沸点高。例3Si单质比化合物SiC的熔点低，理由是晶体硅与SiC均属于共价晶体，晶体硅中的Si—Si比SiC中Si—C的键长长，键能小，所以熔点低。(3)离子晶体答题模板：①阴、阳离子电荷数相等，则看阴、阳离子半径：同为离子晶体，Rn-(或Mn+)半径小于Xn-(或Nn+)，故×××晶体离子键强(或晶格能大)，熔、沸点高。②阴离子(或阳离子)电荷数不相等，阴离子(或阳离子)半径不相同：同为离子晶体，Rn-(或Mn+)半径小于Xm-(或Nm+)，Rn-(或Mn+)电荷数大于Xm-(或Nm+)，故×××晶体离子键强(或晶格能大)，熔、沸点高。例4(1)ZnO和ZnS的晶体结构相似，熔点较高的是ZnO，理由是ZnO和ZnS同属于离子晶体，O2-半径小于S2-，故ZnO离子键强(或晶